JPS5893700A - Triaxial attitude control system of artificial satellite - Google Patents

Triaxial attitude control system of artificial satellite

Info

Publication number
JPS5893700A
JPS5893700A JP56192329A JP19232981A JPS5893700A JP S5893700 A JPS5893700 A JP S5893700A JP 56192329 A JP56192329 A JP 56192329A JP 19232981 A JP19232981 A JP 19232981A JP S5893700 A JPS5893700 A JP S5893700A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
roll
angle
yaw
axis
artificial satellite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP56192329A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
哲郎 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP56192329A priority Critical patent/JPS5893700A/en
Publication of JPS5893700A publication Critical patent/JPS5893700A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、バイアスモーメンタムを有するフライホイ
ールを備えた人工衛星の三軸姿勢制御方式に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a three-axis attitude control system for an artificial satellite equipped with a flywheel having bias momentum.

人工衛星に固定された三つの互いに直交する軸、即ちロ
ール軸、ピッチ軸、ヨー軸が順に。
Three mutually orthogonal axes fixed on the satellite, namely roll axis, pitch axis, and yaw axis, in order.

衛星の進行方向、軌道面に垂直な方向、地球中心方向を
向くように制御されるものは、三軸人工衛星と呼ばれ、
第1図のような構成のものがその一例である。図におい
て、(1)はその回転軸がピッチ軸と平行になるように
衛星に取り付けられたモーメンタムホイール、(21は
衛星のロール、ピッチ軸まわりの姿勢角を検出する地球
センサ、(31はロール軸まわりに正、ヨー軸まわりに
負のトルクを発生するロール/ヨーオフセットスラスタ
、(4)はロール軸まわりに負、ヨー軸まわりに正のト
ルクを発生するロール/ヨーオフセットスラスタ、(5
)は制−電子回路、(6)はロール軸、(7)はピッチ
軸、(8)はヨー軸である。
Satellites that are controlled to point in the direction of travel, perpendicular to the orbital plane, and toward the center of the Earth are called triaxial satellites.
An example of such a structure is shown in FIG. In the figure, (1) is a momentum wheel attached to the satellite so that its rotation axis is parallel to the pitch axis, (21 is an earth sensor that detects the satellite's roll and attitude angle around the pitch axis, (31 is a roll A roll/yaw offset thruster that generates a positive torque around the axis and a negative torque around the yaw axis, (4) a roll/yaw offset thruster that generates a negative torque around the roll axis and a positive torque around the yaw axis, (5)
) is the control electronic circuit, (6) is the roll axis, (7) is the pitch axis, and (8) is the yaw axis.

バイアスモーメンタムを有するフライホイール(以下モ
ーメンタムホイール)を備えた人工衛星(以下バイアス
モーメンタム衛星)ではモーメンタムホイール(1)を
回転させておくことによりピッチ軸(71方向と逆方向
に角運動量を持たせて、ロール角とヨー角の軌道周期で
相互変換運動(ロール/ヨー変換運動)を発生させ、常
にロール角のみを制御することにより、ヨー角も受動的
に制御することが可能である。なお。
In an artificial satellite (hereinafter referred to as a bias momentum satellite) equipped with a flywheel having bias momentum (hereinafter referred to as a momentum wheel), by rotating the momentum wheel (1), angular momentum is imparted in the direction opposite to the pitch axis (71 direction). By generating a mutual conversion motion (roll/yaw conversion motion) in the orbit period of the roll angle and yaw angle and always controlling only the roll angle, it is possible to passively control the yaw angle as well.

ピッチ軸まわりの姿勢制御については、地球センサ(2
)のピッチ角信号に従って″モーメンタムホイール(1
)の回転数を増減することにより比較的簡単に実現可能
であるので、ここでは言及しない。
For attitude control around the pitch axis, the earth sensor (2
) according to the pitch angle signal of the momentum wheel (1
) can be achieved relatively easily by increasing or decreasing the number of rotations, so it will not be discussed here.

この例の構成から成るバイアスモーメンタム衛星のロー
ル/ヨー制御は、′#星のロール角とヨー角のダイナミ
クスと地球センサの特性を含んだ、制御対象の伝達関数
、第(1)式を基にして設計される。
The roll/yaw control of the bias momentum satellite configured in this example is based on the transfer function of the controlled object, Equation (1), which includes the dynamics of the star's roll and yaw angles and the characteristics of the earth sensor. Designed with

ここにGpl(8)は制御対象の伝達関数であり。Here, Gpl(8) is the transfer function of the controlled object.

入力全ロール/ヨーオフセットスラスタ131.+41
の発生するトルクとし、出力を地球センサ+21のロー
ル角信号としたものである。Ix、 Izは衛星全体の
ロール軸、ヨー軸まわりの慣性モーメント。
Input full roll/yaw offset thruster 131. +41
, and the output is the roll angle signal of the earth sensor +21. Ix and Iz are the moments of inertia of the entire satellite around the roll and yaw axes.

(2)は軌動角速度、 hi+はモーメンタムホイール
の有する角運動量の犬き市(−ピッチ軸方向を正)。
(2) is the orbital angular velocity, and hi+ is the angular momentum of the momentum wheel (-pitch axis direction is positive).

ンサの伝達関数、  αはロール/ヨーオフセットスラ
スタのオフセット角であり正のロールトルクと負のヨー
トルク又は負のロールトルクと正のヨートルクの割合を
決約Σ角度である。このスラスタを噴射したときのロー
ルトルクとヨートルクの比は(cosα: −sinα
)となる。またSはラプラス演算子である。
α is the offset angle of the roll/yaw offset thruster and is the Σ angle that determines the ratio of positive roll torque to negative yaw torque or negative roll torque to positive yaw torque. The ratio of roll torque to yaw torque when this thruster is injected is (cosα: -sinα
). Further, S is a Laplace operator.

この制御対象に対して地球センサのロール角信号に基づ
いて適当に設定されたオフセット角を有する上記スラス
タを噴射および停止させることによって、ロール角、ヨ
ー角共に安定に制御できることは良く知られている。
It is well known that both the roll angle and yaw angle can be stably controlled by injecting and stopping the thruster having an appropriately set offset angle for the control target based on the roll angle signal of the earth sensor. .

とこ゛ろが9通信衛星等ではアンテナの地上局に対する
指向精度を向上させることが要求される。このような要
求にとっては、上記姿勢制御、方式がその姿勢基準とし
て地球センサを用いており、衛星のヨー軸を地球中心に
向け、かつロール軸を人工衛星の進行方向に合わせるよ
うな制御を行う方式であることから、もし、ロール誤差
とピッチ誤差とヨー誤差が完全に零に制御されたとして
も、軌道誤差の影響や、地球センサとアンテナ指向軸間
のミスアラインメント等により指向′M度が低下する。
However, for communication satellites and the like, it is required to improve the pointing accuracy of the antenna with respect to the ground station. To meet these requirements, the attitude control method described above uses an earth sensor as its attitude reference, and performs control such that the yaw axis of the satellite is directed toward the center of the earth, and the roll axis is aligned with the direction of travel of the artificial satellite. Because this is a method, even if the roll error, pitch error, and yaw error are completely controlled to zero, the degree of directivity may vary due to the influence of orbit errors, misalignment between the earth sensor and the antenna pointing axis, etc. descend.

又比較的制御精度の粗いヨー誤差の影響でも指向1度が
低下するという欠点を有している。
Furthermore, it has the disadvantage that the directivity is reduced by 1 degree due to the influence of a yaw error with relatively low control accuracy.

この発明は、上記のような従来の“方式の問題へを改善
するためになされたものであや、姿勢角検出器として地
球セ/すのかわりに地上局方向に対するロール角とピッ
チ角を$、圧する姿勢角検出器を用いることにより、地
上局に対するアンテナの指向精度を向上させる方式を提
供することを目的と−している。
This invention was made in order to improve the problems of the conventional method as described above. The present invention aims to provide a method for improving the pointing accuracy of an antenna with respect to a ground station by using an attitude angle detector that has an angle of 100 degrees.

以下、この発明の一実施例を図について説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図はこの発明の一実施例を示す構成図である。この
図において(91は地上局に対するロール角とピッチ角
を検出する姿勢角検出器であり。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In this figure, 91 is an attitude angle detector that detects the roll angle and pitch angle with respect to the ground station.

地上局から発信される電波の受信レベルから上記ロール
角、ピッチ角を検出するアールエフセンサ(以下RF’
センサ)が、その代表例である。
The RF sensor (hereinafter referred to as RF') detects the roll angle and pitch angle from the received level of radio waves transmitted from the ground station.
sensor) is a typical example.

この例の構成からなるバイアスモーメンタム衛星のロー
ル/ヨー制御は上記姿勢角検出器(9)のロール角信号
を用いて行われるが、この信号は軌道誤差やアラインメ
ント誤差がないとき衛星のロール角、ヨー角と略、第(
21式で表わせる関係がある。
The roll/yaw control of the bias momentum satellite configured in this example is performed using the roll angle signal from the attitude angle detector (9), and this signal is the roll angle of the satellite when there is no orbit error or alignment error. Yaw angle, abbreviated as yaw angle (
There is a relationship that can be expressed by equation 21.

ここに、Φ、θ、Vは各々衛星のロール、ピッチ。Here, Φ, θ, and V are the roll and pitch of the satellite, respectively.

ヨー角、β1.β2は、衛星の経度とRFセンサの指向
すべき地上局の緯度、経度によって決まる定数である。
Yaw angle, β1. β2 is a constant determined by the longitude of the satellite and the latitude and longitude of the ground station to which the RF sensor should point.

したがって、上記ロール信号を用いて衛星のロール/ヨ
ー制御を行う場合の制御対象の伝達関数は、β1が1よ
り充分小さいことを仮定すれば第(31式のようになる
Therefore, when the roll/yaw control of the satellite is performed using the roll signal, the transfer function of the controlled object becomes as shown in Equation (31), assuming that β1 is sufficiently smaller than 1.

・Ga4 (8)  t31 ここにGp2(S)は、入力をロール/ヨーオフセット
スラスタの発生トルク、出力をΦSとしたときの制御対
象の伝達関数、 G52(8)は姿勢検出器の伝達関数
である。
・Ga4 (8) t31 Here, Gp2 (S) is the transfer function of the controlled object when the input is the generated torque of the roll/yaw offset thruster and the output is ΦS, and G52 (8) is the transfer function of the attitude detector. be.

又、  IxとItは等しいことを仮定しており工で表
わしている。
Also, it is assumed that Ix and It are equal, and are expressed in units.

第(31式は、第(11式においてスラスタのオフセッ
ト角αをα−βlで置き換えたものに等しい。すなわち
スラスタのオフセット角からβlを引いた値を等価的な
オフセット角と考えればこの系は従来の系と全く同一の
構造をしているから、従来と同じ制御方式で安定に制御
することができる。この場合、系の安定化のためにはα
−β1が正になることが必要でろ抄、β1は衛星が地上
局の西側に静止する場合は正、東側に静止する場合は負
となる量なので、各々の場合実際のオフセット角を増加
および減少させてスラスタを取り付けることにより、従
来の系と全く同一の条件で制御できることになる。又、
第(21式の基準信号が地上局に対する指向誤差角その
ものになっているため、軌道誤差の影響やヨー制御誤差
の影簀等を受けないため従来の方式に対して高精度の指
向精度を達成できることは言うまでもない。
Equation (31) is equivalent to Equation (11) in which the offset angle α of the thruster is replaced by α − βl.In other words, if the value obtained by subtracting βl from the offset angle of the thruster is considered as the equivalent offset angle, this system is Since it has exactly the same structure as the conventional system, it can be stably controlled using the same control method as the conventional system.In this case, in order to stabilize the system, α
- Since β1 is required to be positive, β1 is a positive amount when the satellite is stationary to the west of the ground station, and negative when it is stationary to the east, so in each case it increases and decreases the actual offset angle. By adding thrusters to the system, control can be achieved under exactly the same conditions as conventional systems. or,
Since the reference signal of Type 21 is the pointing error angle itself for the ground station, it is not affected by orbit errors or yaw control errors, achieving higher pointing accuracy than conventional methods. It goes without saying that it can be done.

以上のように、この発明によればスラスタのオフセット
角を多少修正して取り付けるのみで従来と全く同一の制
御方式により、衛星上のアンテナ等の地上局に対する指
向精度を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy of pointing to a ground station, such as an antenna on a satellite, using the same control method as the conventional method, only by slightly modifying the offset angle of the thruster and attaching it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、従来のバイアスモーメンタム!人工衛星の三
軸姿勢制御に関わる部分の構成図。 第2図は、この発明の一実施例を示す構成図であす、+
11はモーメンタムホイール、(2)は衛星の姿勢角検
出器、 +31.+41はロール/ヨーオフセットスラ
スタ、(5)は制(l[l]11L子回路、(6)はロ
ール軸。 (ηはピッチ軸、(8)はヨー軸、(91は地上局に対
するロール、ピッチ角を検出する姿勢角検出器である。 なお2図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示しである。 代理人 葛 野 信 − 111!!1 ヒ9ソ手中由 第21!l
Figure 1 shows the conventional bias momentum! A configuration diagram of the parts related to three-axis attitude control of an artificial satellite. FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
11 is a momentum wheel, (2) is a satellite attitude angle detector, +31. +41 is the roll/yaw offset thruster, (5) is the control (l[l]11L child circuit, (6) is the roll axis. (η is the pitch axis, (8) is the yaw axis, (91 is the roll relative to the ground station, This is an attitude angle detector that detects the pitch angle. In addition, the same or corresponding parts in the two figures are indicated with the same reference numerals. Agent Shin Kuzuno - 111!! 1 Hi9 So Te Naka Yu 21st! l

Claims (1)

【特許請求の範囲】 バイアスモーメンタムを有するフライホイールと9人工
衛星から見た地上局方向に対するロール角とピッチ角を
検出する姿勢角検出器と。 人工衛星のロール軸とヨー軸を含む面内の軸まわりに極
性の相異なるトルクを発生する2本のスラスタとを備え
た人工衛星の三軸姿勢制御方式において、上記姿勢角検
出器の出力信号にしたがって上記スラスタを噴射および
停止させることを特徴とする人工衛星の三軸姿勢制御方
式。
[Claims] A flywheel having a bias momentum and an attitude angle detector that detects a roll angle and a pitch angle with respect to a ground station direction as seen from a nine-artificial satellite. In a three-axis attitude control system for an artificial satellite that is equipped with two thrusters that generate torques of different polarities around in-plane axes including the roll axis and yaw axis of the artificial satellite, the output signal of the attitude angle detector is A three-axis attitude control system for an artificial satellite, characterized in that the thrusters are injected and stopped according to the following.
JP56192329A 1981-11-30 1981-11-30 Triaxial attitude control system of artificial satellite Pending JPS5893700A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56192329A JPS5893700A (en) 1981-11-30 1981-11-30 Triaxial attitude control system of artificial satellite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56192329A JPS5893700A (en) 1981-11-30 1981-11-30 Triaxial attitude control system of artificial satellite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5893700A true JPS5893700A (en) 1983-06-03

Family

ID=16289473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56192329A Pending JPS5893700A (en) 1981-11-30 1981-11-30 Triaxial attitude control system of artificial satellite

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5893700A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59232711A (en) * 1983-06-14 1984-12-27 Toshiba Tungaloy Co Ltd End mill
JPS63149296A (en) * 1986-09-18 1988-06-22 スペイス・システムズ・ローラル・インコーポレイテッド Automatic position maintenance of triaxial stabilizing spaceship

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59232711A (en) * 1983-06-14 1984-12-27 Toshiba Tungaloy Co Ltd End mill
JPS63149296A (en) * 1986-09-18 1988-06-22 スペイス・システムズ・ローラル・インコーポレイテッド Automatic position maintenance of triaxial stabilizing spaceship

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3741500A (en) A cmg fine attitude control system
US4911385A (en) Attitude pointing error correction system and method for geosynchronous satellites
CN106155074B (en) A kind of three axis Direct to the sun control method of satellite ensureing satellite-ground link
US5149022A (en) Satellite roll and yaw attitude control method
JP3782193B2 (en) Single axis correction for orbit tilt
US4084772A (en) Roll/yaw body steering for momentum biased spacecraft
US5669586A (en) Satellite gravity gradient compensation using on-orbit solar array reorientation
CN110808447A (en) Shipborne satellite antenna system based on triaxial dynamic tracking technology
US7877173B2 (en) Method and apparatus for determining a satellite attitude using crosslink reference signals
US6463365B1 (en) System and method for controlling the attitude of a space craft
EP3854698B1 (en) Orientation control device, satellite, orientation control method, and program
US7370833B2 (en) Method and system for determining a singularity free momentum path
CN112130590A (en) Satellite-borne antenna ground pointing determination method based on speed compensation under instantaneous inertial system
JPH01500308A (en) How to control the attitude of a rotating body in orbit
EP0372397A2 (en) Spin stabilization method using momentum wheels
GB2092336A (en) Magnetically torqued nutation damping
US6470243B1 (en) Correction of spacecraft steering control law for unexpected orbital inclination effects
JPS5893700A (en) Triaxial attitude control system of artificial satellite
US6685142B1 (en) Three-axis position control for low-orbiting satellites
US6283415B1 (en) Simplified yaw steering method for satellite antenna beam control
US3171612A (en) Satellite attitude control mechanism and method
EP0187859A1 (en) Spin-stabilized satellite with nutation control subsystem
EP0544241A1 (en) Method and apparatus for dynamic precompensation of solar wing stepping motions of a satellite
Branets et al. Stabilization of a wheels carrying communication satellite without angle and angular velocity sensors
FR2434421A2 (en) Orbiting satellite attitude control system - corrects roll, yaw and pitch from angular displacement measurements and gyroscopic electronic feedback